[단독]국가 전력망 '직류' 첫 도입…한전, 282억 투입[AI전력난, 직류로 해결]①

한전, 나주~왕곡 6㎞ 기존 '교류' 선로 교체
올해부터 30㎿급 MVDC 실증 착수
직류 인프라 선(先)구축, 민간 진입장벽 낮춰

한화·LS·LG 등 민간 직류 재편 속도
AI 데이터센터·반도체 전력난 해소 기대
글로벌 빅테크, 차세대 DC 인프라 협력

한국전력 공사가 기존 교류(AC) 중심의 국가 전력망에 직류(DC) 배전망을 도입한다. 공장·건물 내부에서 주로 활용하던 직류 배전을 실제 전력망으로 확대해 같은 선로로 더 많은 전기를 공급할 수 있는지 검증한다. 인공지능(AI) 데이터센터 등으로 전력 수요가 급증하면서 발전소와 송전망 확충에 더해 기존 전력망의 공급 능력을 높이는 기술 확보에도 나선 것이다.

19일 아시아경제 취재를 종합하면 한전은 총 282억원을 투입해 올해부터 나주변전소와 왕곡변전소 사이 약 6㎞ 구간의 기존 교류 선로를 중전압직류(MVDC)로 전환하는 실증 사업을 추진한다. 전력 변환 장치 등을 설치해 30㎿ 규모의 전력을 공급하고, 실제 운영 환경에서 공급 용량과 안정성을 검증할 계획이다. 국내에서 처음으로 기존 전력망을 직류로 바꾸는 사업이다.

직류 배전은 공장이나 건물 등 전력 수요처에 직류 방식으로 전기를 공급하는 것이다. 기존 선로의 활용도를 높이고 전력 변환 과정의 손실을 줄일 수 있어 데이터센터와 산업시설의 전력 수요 증가에 대응할 수단으로 꼽힌다. 이번 실증의 의미는 직류 배전의 효과를 검증하고 기업의 설비·기술 투자 기반을 마련하는 데 있다.

같은 선로로 전력 2배…기업 직류 도입도 지원

이번 사업에 적용하는 MVDC는 건물·가전 등에 쓰이는 저전압직류(LVDC)와 장거리 송전에 활용되는 초고압직류송전(HVDC) 사이의 전압 영역이다. 산업단지나 지역 전력망에 비교적 큰 규모의 전기를 공급하는 데 쓰인다.

핵심 검증 목표는 같은 선로로 보낼 수 있는 전력량을 기존 대비 2배로 늘리는 것이다. 실제 운영에서도 이 효과가 확인되면 선로를 추가로 건설하는 부담을 줄이면서 전력 공급을 늘릴 수 있다. 개별 시설에서 확인한 직류 기술을 지역 전력망에 적용할 수 있는지 판단하는 시험대인 셈이다.

전력의 이동 방향과 양을 조절하는 기능도 검증 대상이다. 직류 배전망에 설치하는 전력 변환 장치인 컨버터를 활용해 특정 구간에 몰린 전력을 여유가 있는 인근 전력망으로 분산하는 방식이다.

태양광 등 재생에너지 발전량이 많은 호남 지역에서는 이러한 기능이 선로 과부하와 출력제어 부담을 낮추는 데 도움이 될 것으로 기대된다. 출력제어는 전력망이 전기를 받아들이지 못해 발전량을 줄이는 조치다. 전기를 더 많이 생산하는 것뿐 아니라 이미 생산한 전기를 필요한 곳으로 보내는 데도 직류망을 활용한다는 구상이다.

한전은 실증과 함께 기업의 직류 도입 비용을 낮추는 사업 모델도 준비하고 있다. 전력 변환 장치 등 공용 인프라를 한전이 먼저 구축하고 입주 기업이 이용하는 '공용 DC 인프라 선구축 모델'이다. 내년 나주혁신산단에 처음 적용할 예정이다.

그동안 기업들은 직류 설비를 도입하려면 고가의 전력 변환 장치를 설치하고 계통 연계 문제도 해결해야 했다. 공용 인프라가 갖춰지면 기업이 이러한 부담을 개별적으로 떠안을 필요가 줄어든다. 한전은 공급약관 시행세칙을 개정해 직류 공급의 제도적 기반을 마련한 데 이어 중소·중견기업도 참여할 수 있는 여건을 조성한다는 방침이다.

개별 사업장에 직류 전력을 공급하는 사업도 병행한다. 한화 건설부문이 서울 영등포구에 건설 중인 데이터센터가 대표적이다. 한전은 이 시설에 전력을 공급하기 위한 1㎿급 직류 공급설비를 정밀 설계하고 있다. 데이터센터 건축 공정률은 약 15%로, 암 파쇄와 반출 작업이 이뤄지고 있다. 준공과 직류 전력 공급 목표 시점은 2028년 5월이다.

공장에서 데이터센터로…직류 기술·표준 확보 나서

전력망에서 공급 능력을 검증하는 동안 제조 현장에서는 전기를 사용하는 과정의 효율을 확인하고 있다. 한전과 LS일렉트릭( LS ELECTRIC ), LG전자 가 참여하는 LS일렉트릭 천안 DC 팩토리가 대표적인 실증 현장이다.

지난 7월 문을 연 이 공장은 한전에서 공급받은 교류 전력 중 1㎿를 내부에서 직류로 바꿔 생산설비와 냉난방기, 조명 등에 공급한다. 공장 전체 전력 규모인 12㎿ 가운데 일부 설비를 직류로 전환한 것이다. 생산설비와 관련 인프라의 직류화를 통해 에너지 효율을 10% 이상 개선하는 것을 목표로 운영 데이터를 쌓고 있다.

지난달에는 대용량 에너지저장장치(ESS) 연계 시스템이 최종 검사를 마치고 가동에 들어갔다. 태양광과 ESS는 기본적으로 직류를 생산하거나 저장한다. 이를 공장 내 직류망에 연결하면 교류로 바꿨다가 다시 직류로 변환하는 단계를 줄일 수 있다. 발전부터 저장, 소비까지 이어지는 과정에서 불필요한 전력 손실을 낮추는 구조다.

현재까지 전력 절감 효과가 가장 크게 나타난 설비는 차세대 전력변환장치(PCS)인 'G2' 생산라인의 핵심 성능 검사 장비다. 공장 내 전력 소비 비중이 큰 장비에 직류를 적용해 변환 단계를 줄인 효과가 컸다는 설명이다.

한전과 참여 기업들은 설비별 운영 데이터를 토대로 재생에너지와 연계해 산업단지와 공장에 직류 전력을 공급하는 표준모델을 개발하고, 호남 지역 등에 우선 적용할 계획이다. 개별 공장에서 확인한 절감 효과를 다른 사업장에서도 구현할 수 있도록 적용 방식을 구체화하는 단계다.

공장에서 확보한 운영 경험은 데이터센터용 직류 배전 기술 개발로 이어지고 있다. LS일렉트릭은 LG유플러스 와 'AI 데이터센터 전력 인프라 공동 개발 및 DC 배전 기술 검증(PoC)' 업무협약(MOU)을 맺고 실제 데이터센터의 전력 데이터를 활용한 검증에 착수했다. GS건설 과도 고전력·고밀도 AI 데이터센터의 전력 효율을 높이기 위한 직류 배전 기술 협력을 추진한다.

글로벌 빅테크(대형 정보기술 기업)와는 차세대 직류 인프라 공급 가능성을 검토하고 설계 방안을 논의하고 있다. LS일렉트릭은 공장 단위 실증 경험과 300건 이상의 유엘(UL) 인증을 확보한 기존 전력기기 사업 역량을 바탕으로 북미 시장 진입을 준비한다는 전략이다.

기존 전력기기 사업에서는 북미 데이터센터 수주를 확대하고 있다. 최근 북미 빅테크에 공급하는 38㎸급 고압 배전 시스템 계약 규모를 약 1064억원에서 약 2309억원으로 늘렸고, 1812억원 규모의 345㎸ 초고압 변압기 공급 계약도 추가로 체결했다. 이들 계약은 직류 배전 수주는 아니지만 데이터센터 고객 기반과 공급 경험을 넓히는 계기가 되고 있다.

LS일렉트릭 관계자는 "AI 데이터센터 배전 솔루션 수주가 해마다 늘고 있다"며 "차세대 직류 배전 시장이 본격화하면 기존 배전 사업에서 쌓은 기술과 공급 경험을 활용할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

직류 배전이 개별 실증을 넘어 확산하려면 여러 기업의 설비를 안정적으로 연결할 수 있는 표준과 인증 체계도 필요하다. 한전은 프로젝트 초기부터 표준·인증을 함께 추진하는 패스트트랙을 구축하고, 나주를 중심으로 '글로벌 DC 기술 특화 연구단지' 조성을 추진할 계획이다. LS일렉트릭과 LS전선, HD현대일렉트릭 , 효성중공업 , LG전자 등이 참여해 기술 개발부터 실증·사업화까지 연계하는 구상이다.

나주 데이터센터와 한전 경기본부 사옥에도 직류 적용을 추진한다. 새만금 등 대규모 재생에너지 단지와 직류 수요처를 직접 연결하는 사업도 발굴할 방침이다. 나주 실계통에서 전력을 보내는 능력을 검증하고, 공장·데이터센터에서 효율적으로 사용하는 방법을 확인해 직류 배전의 적용 범위를 넓혀갈 계획이다.

권현지 기자 hjk@asiae.co.kr